人工小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛土壤水分动态研究

采用由植被空间序列断时间系列的方法。分析了1984,1987,1995和1999年建立的人工小叶锦鸡儿固沙植被土壤水分的时空变化特征,结果表明,受沙地土壤机械组成的影响,沙地土壤组成以物理性沙粒为主,＞0.01mm沙粒占97％以上,凋萎湿度为1．55％,田间持水量5．5%,大有效水为3．95％,随着固沙植被优势度的增加,小叶锦鸡儿灌丛下土壤含水量持续下降,1984年建立的植被区土壤含水量明显低于1999年建立的植被区;在年内土壤水分季节变化中,4个阶段植被区土壤水分状况在4－6月不断降低,到6月达到最低值,7－10月逐渐回升;对于建立较早的植被区（1984和1987年）,土壤水分垂直变化表现出随着土层深度的增加,土壤含水量逐递减的趋势,特别是70cm下土层中,土壤含水下降明显,含水量低于凋萎湿度,由于对根际区域土壤水分的利用,加剧了固沙植被区深层土壤（70cm下）水分的亏缺,进而影响植被物种的组成,随着小叶锦鸡儿灌丛年龄的增加,浅根性植物所占比重增加。     

黄土高原子午岭天然林与刺槐人工林地土壤干化状况对比

详细调查和对比分析了子午岭(富县)天然林地和人工林地土壤水分状况和植被状况,发现天然林地水分亏缺不严重,只在浅层形成了轻度亏缺,并在雨季后能得到及时的恢复;同时这种亏缺并没有影响到天然植被的发育与演替。人工林地土壤水分则亏缺明显,深层亏缺尤为严重,土壤含水量最低平均达到5.90%,已接近凋萎湿度,且这种水分亏缺严重影响了人工林的生存和发展,部分林地已出现了明显的衰退迹象。在此基础上,说明了天然林地土壤水分状况明显优于人工林地的原因是天然林在林分结构上形成了典型的“乔-灌-草”复层稳定的空间层片结构,具有很强的自我调节能力,使天然林在物种的组成成分上逐渐向喜干物种方向发展,以适应气候旱化的总趋势;而人工林则因其结构简单,物种单一,自我调节能力差,在连续干旱的条件下因植被对土壤水分的过度消耗,形成了严重程度不一的土壤干化层。同时,从天然植被的自然水分状况入手,提出了“林地稳定土壤持水量”的概念,来界定土壤干化现象:依据土壤水分的亏缺现状初步将干化程度分为轻度干层(8%～10%)、中度干层(6%～8%)和严重干层(<6%)3个等级;依据土壤水分的补偿深度又将其划分为临时性干层和持续性干层。研究认为,当前人工林地的土壤水分出现严重亏缺而形成土壤干化层是人为不合理经营造成人工林群落林分结构不完善的结果,如果人为干预适当,能创造出类似于天然植被的生存条件,人工植被完全有可能得到正常的生存和发展。     

金沙江干热河谷(元谋段)的丛枝菌根

用碱解离、酸性品红染色法对金沙江干热河谷(元谋段)中生长的60种植物的丛枝菌根状况进行了调查。结果发现被调查植物中70％的植物形成丛枝菌根,干热河谷自然植物群落中的建群种大多具有丛枝菌根,一些莎草科、蓼科的植物也形成典型的丛枝菌根。丛枝菌根是干热河谷生态系统中的重要组成成分,在干热河谷的植被恢复中,必须同时考虑对地下植物共生真菌进行恢复。     

元江元谋干热河谷土壤氮磷水平对酸角叶片氮磷含量及光合的影响

为了解元江及元谋干热河谷人工栽培酸角的土壤氮磷含量对酸角叶片氮磷含量及光合作用的影响,本研究测定了两个干热河谷区酸角人工林土壤、叶片氮磷含量及光合参数,并使用4种常用的光响应曲线拟合模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、二项式拟合模型)对其进行拟合。结果表明:元江、元谋干热河谷酸角人工林土壤氮磷含量及氮磷比存在显著差异,两地土壤氮含量分别为1.205和0.881 g·kg-1,磷含量分别为0.481和0.177 g·kg-1,氮磷比分别为2.61和5.49;两地酸角叶片氮含量存在显著差异,元江、元谋干热河谷酸角叶片的氮含量分别为17.28和13.51 g·kg-1,而叶片磷含量没有显著差异,分别为1.51和1.18 g·kg-1,叶片氮磷比也没有显著差异,分别为11.80和11.66; 4个光响应曲线拟合模型对两个干热河谷酸角的光响应曲线都有较高的拟合度,但直角双曲线修正模型在低光合有效辐射情况下拟合度最高,而二项式拟合模型在高光合有效辐射情况下拟合度最高,因此表观量子效率(α)、光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)取直角双曲线修正模型的拟合数值,元江、元谋两地酸角的数值分别为0.055和0.060、38.921和8.019μmol·m-2·s-1、1.377和0.404μmol·m-2·s-1;最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)取二项式拟合模型的拟合数值,两地分别为11.073和6.331μmol CO2·m-2·s-1、3223.2和2532.4μmol·m-2·s-1;元江干热河谷的酸角光合作用显著高于元谋干热河谷,两地土壤磷含量和叶片磷含量是影响酸角光合作用的关键因子。     

植被恢复对干热河谷退化土壤改良的影响

土地退化和土壤恶化是我国干热河谷主要环境问题。树种筛选及树种与土壤关键限制因子间的相互作用是生态恢复的基础和前提。对比研究了干热河谷地区植被恢复22年间不同时期(1991、1997、2005和2013年)5种人工林(新银合欢Leucaena leucocephala,苏门答腊金合欢Albizia kalkora,大叶相思Acacia auriculiformis,印楝Azadirachta indica和赤桉Eucalyptus camaldulensis)和1种自然恢复样地中土壤主要物理、化学和微生物性质。结果表明植被恢复处理和取样时间对土壤性质有显著影响。在22a的植被恢复期内,土壤物理性质提高幅度为3.0%—20.2%,远不及土壤微生物和化学性质。通过自然恢复机制改良的退化土壤,其改良率(63.6%)高于印楝(54.9%)、苏门答腊金合欢(54.3%)和赤桉(53.2%)人工林,但改良率不及新银合欢(68.2%)和大叶相思(67.3%)人工林。研究得出造林树种类型决定干热河谷土壤改良进程。与自然恢复相比,人工植被恢复(如造林)并不一定能加速退化土壤改良。新银合欢和大叶相思适合作为改良干热河谷退化土壤的先锋树种,而生态系统自然恢复也可作为改良干热河谷退化土壤的一种适宜方式。     

陕北黄土区不同林地土壤干燥化效应

退耕还林还草工程虽然取得显著成效,但是加剧了区域土壤水分亏缺与土壤干燥化程度,同时制约着植被构建。选取陕西省吴起县金佛坪流域山杏、油松、刺槐、小叶杨和沙棘5种植被类型,对照荒草地。采用人工土钻法取样,分析不同植被类型0—10 m的土壤湿度特征和土壤干燥化效应。结果表明:各植被类型浅层和深层土壤水分均存在显著差异;与荒草地相比,各类林地均出现土壤水分过度消耗,其中刺槐林过耗量最大,山杏林最小;各林地均出现土壤干层,其中刺槐林、小叶杨林和山杏林土壤干层都已达到10 m以下,植被是深层土壤水分的主要影响因素。5类林地的土壤干燥化指数平均值39.26%,都远高于荒草地-9.57%。土壤干燥化强度为小叶杨(80.19%)刺槐(78.03%)沙棘(55.38%)山杏(37.94%)油松(32.34%),这是树种、林木大小和密度、林分生物量、树龄等生长指标综合作用的结果。在今后植被恢复中,应注意根据当地土壤水分条件,合理选择节水树种和合理设计林分结构,尽量避免或减轻土壤干化,维持较高的植被稳定性。     

云南巧家金沙江干热河谷的植被分类

采用法瑞植物社会学学派的排表法对巧家干热河谷的植被进行系统分类,并以数量分类方法(组平均法)进行验证,结果将当地植被划分为一个群目(order)、两个群属(alliance)、四个群丛(association)。本文还详细探讨了当地植被的生境及区系、生态学特征,同时对比了当地植被与元谋干热河谷植被的异同。     

黄土丘陵区植被类型对土壤微生物量碳氮磷的影响

选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。     

元谋干热河谷植被的类型研究 Ⅰ.群丛以上单位

本文主要用法瑞植物社会学学派的方法对元谋干热河谷植被的群丛以上单位进行划分和研究。经分析,确定了从群目(order)到群丛(association)的一个分类等级系统。整个河谷区的植被可以归入到扭黄茅、坡柳群目(Dodonaeo-Heteropogonetalia contorti)中,下面再分出两个群属(alliance)和九个群丛。经使用模糊聚类分析数学方法验证,分类基本合理。 经研究表明元谋干热河谷1600米以下地区的气候及植被特点与热带的稀树草原(savanna)十分相似,可以称为半自然稀树草原或次生性稀树草原(semi-natural savanna or secondarysavanna)。     

黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

云南南涧干热退化山地人工植被恢复初期生物量及土壤环境动态

 研究了云南南涧干热河谷退化山地人工恢复植被初期阶段(3～5年)主要植物群落的地上生物量和恢复植被后土壤水分及养分的相关动态。结果表明,几种外来植物的适应性强,早期生长迅速并能很快郁闭。人工群落生物量都高于当地次生的坡柳灌草丛。引进种的地上生物量和总平均生长量分别是坡柳的3～16倍和5～20倍,其生长速度也高于乡土树种云南松。雨季人工植被下土壤含水量比光坡地增加约100％,表土层则增加2倍以上。但在旱季,林地土壤含水量与光坡地相近甚至低于光坡地。植被的恢复使土壤养分朝着良性循环转变。土壤有机质、速效钾含量提高,全氮含量稍有降低但不明显,速效磷含量降低,pH值有所下降。这些变化主要发生在土壤表层,人工植被及其土壤生态系统的恢复仍处于不稳定状态。     

Droughts,hydraulic redistribution,and their impact on vegetation composition in the Amazon forest

Hydraulic redistribution (HR), the nocturnal transport of moisture by plant roots from wetter to drier portions of the root zone, in general can buffer plants against seasonal water deficits. However, its role in longer droughts and its long-term ecological impact are not well understood. Based on numerical model experiments for the Amazon forest, this modeling study indicates that the impact of HR on plant growth differs between droughts of different time scales. While HR increases transpiration and plant growth during regular dry seasons, it reduces dry season transpiration and net primary productivity (NPP) under extreme droughts such as those during El Niño years in the Amazon forest. This occurs because, in places where soil water storage is not able to sustain the ecosystem through the dry season, the HR-induced acceleration of moisture depletion in the early stage of the dry season reduces water availability for the rest of the dry season and causes soil moisture to reach the wilting point earlier. This gets exacerbated during extreme droughts, which jeopardizes the growth of trees that are not in dry season dormancy, i.e., evergreen trees. As a result, the combination of drought and HR increases the percentage of drought deciduous trees at the expense of evergreen trees, and the fractional coverage of forest canopy is characterized by sudden drops following extreme droughts and slow recovery afterwards. The shift of the tropical forest towards more drought deciduous trees as a result of the combined effects of extreme drought and HR has important implications for how vegetation will respond to future climate changes.     

Temporal Variations in Soil Moisture for Three Typical Vegetation Types in Inner Mongolia,Northern China

Drought and shortages of soil water are becoming extremely severe due to global climate change. A better understanding of the relationship between vegetation type and soil-moisture conditions is crucial for conserving soil water in forests and for maintaining a favorable hydrological balance in semiarid areas, such as the Saihanwula National Nature Reserve in Inner Mongolia, China. We investigated the temporal dynamics of soil moisture in this reserve to a depth of 40 cm under three types of vegetation during a period of rainwater recharge. Rainwater from most rainfalls recharged the soil water poorly below 40 cm, and the rainfall threshold for increasing the moisture content of surface soil for the three vegetations was in the order: artificial Larix spp. (AL) > Quercus mongolica (QM) > unused grassland (UG). QM had the highest mean soil moisture content (21.13%) during the monitoring period, followed by UG (16.52%) and AL (14.55%); and the lowest coefficient of variation (CV 9.6-12.5%), followed by UG (CV 10.9-18.7%) and AL (CV 13.9-21.0%). QM soil had a higher nutrient content and higher soil porosities, which were likely responsible for the higher ability of this cover to retain soil water. The relatively smaller QM trees were able to maintain soil moisture better in the study area.     

宁南山区不同乔木林地土壤干层分布及干燥化特征

以宁南山区典型坡面不同人工林地为研究对象,分层采集0~600 cm土样,分析杏树(Armeniaca vulgaris)、杨树(Populus simonii)、榆树(Ulmus pumila)、刺槐(Robinia pseudoacacia)和松树(Pinus sylvestris var.mongolica)及农田(对照)土壤含水量垂直剖面分布特征,采用干燥化指数(SID)、土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、干层起始深度(DSLFD)、干层厚度(DSLT)和干层内平均含水量(DSL-SWC)等指标对土壤干燥化强度和干层分布特征进行分析,利用冗余分析(RDA)确定相关环境因子对土壤干燥化和干层的影响,为黄土高原山区植被合理利用水土资源和生态恢复等提供数据支撑。结果表明:(1)杏树、杨树、榆树、刺槐、松树土壤水分均属中等变异,且0~600 cm平均土壤含水量与对照农田相比分别降低了31.17%、24.15%、23.19%、29.67%和18.35%。(2)不同人工林地干层起始深度、干层厚度及垂直剖面土壤水分分布明显不同,杏树、杨树、榆树、刺槐、松树和农田土壤干层起始深度分别为90、160、140、140、160和600 cm,干层厚度分别为510、460、480、480、460和0 cm。(3)杏树、杨树、榆树、刺槐和松树0~600 cm平均土壤干燥化指数分别为63.48%、91.88%、95.17%、73.97%和111.91%,土壤水分相对亏缺指数分别为0.68、0.59、0.52、0.63和0.41,其土壤水分干燥化强度及亏缺程度由高到低依次为杏树>刺槐>杨树>榆树>松树。(4)RDA分析结果表明,乔木类型、黏粒含量和地形条件是影响土壤干燥化的重要因素。     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素

采用野外调查的方法,于2009年9月下旬测定了六道沟小流域不同土地利用方式下的地上生物量以及土壤水分含量和养分含量,研究了水蚀风蚀交错区典型小流域植被地上生物量水平及其影响因素.结果表明:六道沟小流域主要植被地上干生物量在177～2207g·m-2;其中,玉米、谷子、弃耕地、人工草地、天然草地和灌木地的地上干生物量分别为2097～2207、518～775、248～578、280～545、177～396和372～680 g·m-2.农田平均土壤含水量(0～100 cm土层)最高,达14.2%,灌木地最低,为10.9%;弃耕地土壤水分含量的变异系数最大,为26.7%,说明弃耕地土壤水分有很强的空间异质性.土壤平均储水量大小顺序为:农田>人工草地>弃耕地>天然草地>灌木地,苜蓿地和柠条地出现土壤干化现象.植被地上干生物量与0～100 cm土层土壤储水量存在显著正相关关系(r=0.639,P<0.05),地上鲜生物量与植被的株高呈极显著正相关,较高植被的地上生物量可以间接控制水蚀风蚀交错区土壤侵蚀.植被地上生物量与土壤水分、养分具有很高的相关性,但与海拔、坡度、坡向、容重等的相关性不显著.     

Soil moisture ecological environment of artificial vegetation on steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China

By means of fixed-point monitoring and comparative analysis, soil water deficient situation, soil moisture dynamic variation laws, soil aridization and soil water compensation features under condition of different artificial vegetations were studied on 35–45° steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China. The results showed that soil water was extremely deficient under condition of perennial artificial vegetation on steep slope, soil water storage (0–10 m) was only equal to 26.2%–42.0% of the field capacity in dry years, and in rainy years it was also only equal to 27.0%–43.3% of the field capacity. The order of soil water deficit was Caragana microphylla > locust > alfalfa > Chinese arborvitae > poplar > Chinese pine > wild land > apricot > Chinese date > farm land. Annual variations of soil moisture with the same vegetation were weakened with soil depth increasing, and occurred mainly in 0–200 cm soil layers. In the same growth season, all CVs (coefficients of variation) of soil moisture under condition of different vegetations were bigger and concentrated comparatively in 0–120 cm soil layers, but difference of CVs in different vegetations was small. Below 120 cm soil layers, CVs were smaller, but difference of CVs in different vegetations was bigger. Permanent dry soil layers always occurred under condition of perennial vegetation on steep slope, but the difference of soil aridization intensity was obvious among different vegetations and growth years. Soil water compensation and recovery depths in rainy seasons were 1.0–1.4 m, but the soil water storage increment and compensation degree in different vegetations were dramatically different. Soil water compensation depth in the same vegetation in rainy years was over 60 cm more than that in dry years, while the soil water storage increment in 5 m soil layers increased over 3 times. Under natural precipitation, the soil water deficit in artificial vegetation on steep slope cannot be ameliorated, and the soil aridization also can't be relieved.     

Beta-ray Gauging Technique for Measuring Leaf Water Content Changes of Citrus Seedlings as Affected by the Moisture Status in the Soil

The beta-ray gauging technique was used to measure the relativechanges occurring in the water content of sour orange and sweetlime leaves as a result of soil wetting and drying cycles. Promethium-147served as the radiation source and was found suitable for measuringchanges in citrus leaf thickness within the range of 20 mg/cm²(when soil moisture content was at ‘pot capacity’)to 10 mg/cm² (when soil moisture dropped to wilting point).By using the correlation between beta-ray gauging measurements,leaf thickness, and relative turgidity, it is possible to determinethe status of water in citrus leaves under different soil moistureconditions.     

石灰岩退化生态系统不同恢复阶段土壤酶活性研究

研究了石灰岩退化生态系统不同恢复阶段的土壤酶活性.结果表明,石灰岩退化生态系统土壤酶活性在土壤剖面上无明显的递减规律;随着演替进展,土壤酶活性增强,土壤酶活性随植被特征、土壤类型以及酶本身的性质不同而表现各异.整体上石灰岩各阶段土壤酶活性:灌木林>柏木乔林>草本,同一植被类型下石灰岩柏木林>紫色砂岩柏木林.石灰岩退化生态系统土壤酶活之间以及酶活与pH值之间无显著相关性,而含水率和土壤全氮则与土壤酶活性呈显著或极显著相关,说明水分以及养分是石灰岩地区生态恢复的关键性因子.不同类型的土壤酶在同一植被土壤系统中酶活性表现不一,同一种酶在同一土壤类型而不同的生态恢复阶段酶活性表现不一,同一植被类型下的不同土壤类型中酶活性也有分异.     

绿洲边缘夹粘沙丘持水特性

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120—500cm左右,厚度在40—100cm之间,粘粉粒含量达到90%以上。夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通过改变土壤持水性及水分状况,从而提高了土壤水分承载力有关。以河西走廊绿洲边缘夹粘沙丘为研究对象,在测定0—8.0m剖面土壤物理性质和土壤水分特征曲线的基础上,计算了土壤孔隙分布和持水特性,研究了剖面中土壤持水性的变化规律及其影响因素。结果表明:(1)夹粘层土壤含水量最高,上覆沙土土壤含水量最少且随深度增加而增加,下伏沙土受地下水毛管作用影响水分含量较高;(2)土壤机械组成决定了不同土层的持水特性,土壤中粘粉粒含量越高,田间持水量和饱和含水量就越大,夹粘层的土壤持水性远高于沙土层;(3)夹粘层是沙丘土壤水分暂时贮存的重要土层,可以为植被提供深层土壤水分,这对绿洲边缘人工固沙植被的生存和繁衍有重要影响,而土壤持水性和毛管作用的强弱决定了夹粘层对沙丘水分调节能力的强弱。本研究为深入理解绿洲边缘雨养固沙植被斑块状分布的机理提供了一定的理论依据。